高频零输入电流纹波型Y源DC-DC变换器研究.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

近年来，全球能源系统正面临着前所未有的严峻挑战，清洁可再生能源是世

界各国科技研究的热门方向，其中的光伏发电正成为全球新能源产业的核心力量。

高升压比DC-DC变换器作为光伏发电并网逆变器的前级尤为重要，而近年来快

速发展的改进型Y源DC-DC变换器，通过将开关管前置，扩展占空比的调节范

围并降低开关器件的电压应力，并且输入电流连续、电压增益高，具有较高的研

究价值。本文以改进型Y源DC-DC变换器为研究对象，具体的研究内容如下：

针对现有改进型Y源DC-DC变换器输入电流纹波大的问题，提出两种零输

入电流纹波型Y源DC-DC变换器。所提滤波方法在传统耦合电感滤波法的基础

上更换滤波支路绕组耦合对象，使其与三端耦合电感Y源耦合，仅仅增加两个

绕组和一个电容就实现输入电流纹波的完全滤除，同时极大程度地改善传统耦合

电感滤波方法使变换器更易进入断续工作模式及后级元件电流应力增大的问题。

详细分析所提拓扑的工作原理、电压电流应力、漏感对输出电压增益的影响与两

种滤波方法的对比，验证所提滤波方案的可行性与优越性。最后，通过仿真对比

分析两种耦合电感滤波法验证理论分析的正确性。

针对现有改进型Y源DC-DC变换器功率密度低的问题，提出一种高频零输

入电流纹波型Y源DC-DC变换器。所提拓扑首先通过在开关管漏源极间并联谐

振电容，构造谐振电容与耦合电感绕组之间的谐振回路，为软开关的实现创造条

件。然后选用传统耦合电感滤波法滤除输入电流纹波，加上滤波支路后电路更易

进入断续工作模式，有利于软开关的实现。详细分析所提拓扑的工作原理，并对

软开关的实现条件进行重点分析。最后，通过仿真实验验证所提拓扑的可行性与

理论分析的正确性。

最后给出本文所提出的两种Y源DC-DC变换器拓扑的关键元件的参数设计

和器件选型方案，并使用磁集成技术实现两个电感的物理耦合但磁性解耦，进一

步提升系统的功率密度。通过对比实验，验证本课题所提出的输入电流纹波滤波

方案和变换器软开关高频化方案的优越性及可行性。

关键词：Y源DC-DC变换器；零输入电流纹波；高频；软开关

I

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract

Inrecentyears,theglobalenergysystemhasbeenfacingunprecedented

challenges,andcleanandrenewableenergyhasbecomeahottopicinscientific

researchworldwide.Amongthem,photovoltaicpowergenerationisbecomingthecore

forceoftheglobalnewenergyindustry.Asthefront-endofthephotovoltaicpower

generationgrid-connectedinverter,highstep-upratioDC-DCconvertersare

particularlyimportant.Inrecentyears,theimprovedY-sourceDC-DCconverter,by

placingtheswitchinthefrontend,hasexpandedtherangeofdutycycleadjustment,

reducedthevoltagestressoftheswitchingdevice,andhascontinuousinputcurrentand

highvoltagegain,whichhashighresearchvalue.Thispaperfocusesontheimproved

Y-source